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全球变暖真的变慢了吗?

2013~2014年冬季,美国遭遇强大北极冷空气,大部分地区出现罕见酷寒天气,多地遭遇20年来创纪录低温。

全球变暖真的变慢了吗?

2013~2014年冬季,美国遭遇强大北极冷空气,大部分地区出现罕见酷寒天气,多地遭遇20年来创纪录低温,全美交通陷入严重混乱,高速公路封闭,航班延误或取消,一些城市几乎陷入瘫痪……不仅是美国,俄罗斯、蒙古、中国、日本等多国的一些地区也都陷入严寒之中。“前所未见”的寒潮似乎给人这样的印象:地球并未像预期的那样不断变暖。一些人认为找到了反击“全球变暖”理论的证据:“我们经历了20年来最强的寒潮,谁还会相信全球变暖?”“根本就没有全球变暖,它就是个笑话。”就连一些气候学家最近也说气候变暖的速度减缓了。

近年来全球变暖真的变慢甚至停止了吗?阅读下面两篇文章,或许有助于读者思考这个问题。

气候变暖继续

怀疑全球气候变暖的人手中握有一个“证据”—— 根据气候数据,1998~2012年的全球变暖幅度为每10年0.04℃,大大低于自1951年以来每10年0.11℃的变暖幅度。全球变暖的步伐似乎有所放缓。那么,近年来全球变暖真的变慢甚至停止了吗?科学家指出,只要我们从地表温度观测结果中去掉已知的自然可变性的影响,就能看到稳定的变暖趋势。

科学家指出,有关全球变暖已经停止的说法并不新鲜,而且其中绝大多数是经不起详细检查的。的确,从1998年到2012年的全球变暖幅度为每10年0.04℃,大大低于自1951年以来每10年的变暖幅度——0.11℃(请参见相关链接《全球变暖减速了多少?》)。但是,这并不一定意味着全球变暖停止,正如20世纪90年代以来的全球迅速变暖也不一定意味着变暖已经加速。对此,科学家提出了一个标准解释:自然可变性。

所谓自然可变性,是指地球表面温度自始至终都在上下浮动,产生的原因是风速和气流的变化,以及诸如火山爆发之类的自然现象。科学家指出,正是由于自然可变性的存在,很容易模糊隐藏在这种变化背后的变暖趋势。

当然,只用自然可变性来解释最近的全球变暖速度减缓,很难说服那些怀疑全球变暖的人。为此,思考一下热能而非温度是有帮助的。

在过去100年中,地球变暖的原因是,温室气体的增多就像是给地球又裹上了一层毯子,导致从大气层顶部流失的热量减少。那地表温度最近十多年没有明显上升的原因是什么呢?从热量的角度看,可能有三个原因。

首先,太阳的亮度一直都在变暗,这意味着到达地球表面的太阳热量也越来越少。太阳的热量输出有一个潮起潮落的周期,大约为11年,而太阳探测器等太空飞行器的测量结果表明,在本世纪的第一个10年,太阳的热能输出降得特别低。

第二个原因或许是,比平时更多的热量一直在从大气层顶部逃逸。其中一个可能的因素是大气层中硫浮质增多,这些硫浮质不会阻止太阳光线进入地球大气层,但却能把到达地球的太阳热能中的相当一部分反射回太空。硫浮质是由火山爆发(自然可变性的最大因素之一)、煤炭燃烧以及其他人类活动产生的。可以肯定的是,大气层中的硫浮质含量在过去10年中明显增加了,主要原因是大量的小规模火山爆发。

第三个原因可能是,虽然地球依然在持续地得到热量,但其中大部分热量都集中在了别处而非低层大气,而科学研究一直聚焦的却是低层大气。“窝藏”热量最明显的“元凶”就是海洋。地球表面被水覆盖的面积超过70%,而水有着巨大的吸热能力:让一定体积的水升温1℃所需的能量,是让相同体积的空气升温1℃所需能量的大约3000倍。

科学家在2014年2月表示,最强劲的信风把来自全球变暖的热量赶进海洋里,导致全球变暖暂缓。科学家解释说,信风的剧烈加速大大促进了太平洋水循环,导致更多热量从大气层转移到海面下并非很深的地方,与此同时,大量较冷的海水被带至海面—— 这就是过去13年来全球变暖暂缓的主要原因。

观测结果表明,自1971年以来地球所得热能中多达94%最终都进入了海洋,另外4%被陆地和冰吸收。因此,1971年以来地球表面的所有升温都只是由于其中2%的热量。如果只比通常多一点的热量进入海洋,由于水的巨大吸热能力,这些热量对海洋温度只会有很小的影响,但对大气层温度的影响却堪称很大。多项研究暗示,最近海洋的确吸收了多于平常的热量。

热量持续在海洋与大气层之间上下循环,这便是自然可变性的主要原因。在广阔太平洋上发生的事件影响最大。在一次被称作“厄尔尼诺”的现象期间,当东风让温暖海水蔓延到热带太平洋海域的大部分顶层时,如此多的热量会进入空气中,导致整个地球表面变暖。1998年的一次特别强烈的“厄尔尼诺现象”,正是这一年特别热的原因。而在一次被称作““拉尼娜现象””的相反事件中,当西风让上涌的低温海水蔓延到整个洋面时,热带太平洋吸收大量的热量,地球表面因此降温。最近出现了多次持续时间较长的“拉尼娜现象”,而过去至少15年中却没有出现哪怕一次主要的“厄尔尼诺现象”。2013年公布的一个气候模型显示,仅仅这一点就可能解释全球变暖的减缓。

不过,并非所有科学家都认可上述看法。主流的观点是,全球变暖减缓原因的大约一半是海洋,另一半是太阳和火山浮质。一些科学家指出,来自一部分国家的浮质排放量飙升,有可能促进了变暖减慢(需要指出的是,这种理论也缺乏明显证据支持)。

尽管科学界对于全球变暖减缓的原因尚无确切定论,但全球变暖的大趋势是不容怀疑的。测量显示,海平面上升速度空前快,达到了年均3毫米左右,其中至少1毫米是由于升温引起的海水膨胀,这显示海洋正在获得热量。其余则源自陆地冰川的融化。

由此可见,如果按照大多数科学家的做法,以大气、海洋和陆地的总热量来定义全球变暖,那么全球变暖的步伐就并没有变慢。随着海冰继续融化,海洋继续吸热,海平面继续上升,全球变暖实际上很可能仍在加速。

地表升温没有过去那么快,是否意味着变暖情况没有预想的那么糟糕?从某种程度说也许是这样——来自太阳的热量减少,或者更多热量被浮质反射到太空,这些热量一去不复返。但对于海洋吸热而言,情况就没那么简单了——进入海洋的热量中的大部分将留在海洋里,这些热量不会让大气层升温(这是好事),但它们会通过热膨胀促使海平面上升(这不是好事),这意味着未来海洋吸热量会减少(这是坏事)。而现在进入海洋的一部分热量将来会重回大气层,这将导致地面迅速升温(这是很坏的事)。它们为什么会回归大气层呢?就是通过下一次“厄尔尼诺现象”。

一个大问题是:从太阳热量输出到“厄尔尼诺现象”,引起自然可变性的大多数因素都难以可靠地预测。那么,下一次“厄尔尼诺现象”将出现在何时呢?

有科学家认为,海洋条件中的一个被称为“太平洋十年际振荡”的长期性变化,正在扮演一个主要角色。由于风向的改变,这种震荡每20到30年就逆转一次。如果过去的行为可作为预测依据,那么它将在未来5到10年后转换方向,届时全球变暖步伐变慢就会结束。还有科学家认为,海洋增加吸热或许缘于我们改变地球的方式,例如海洋上空的风速加快。从理论上说,更快速的风可能驱动更强的垂直气流,从而把更多热量推到深海。如果这样,全球变暖减缓就可能再持续几年甚至几十年。

在过去10年中,全球变暖速度不如之前那么快,这是好消息。可是,从美国科罗拉多空前的降雨量到澳大利亚近期频繁的热浪和森林大火,再到台风“海燕”,我们却不断看见可怕的极端天气。自始至终,热量一直在倾注到海洋里。所有证据都暗示,全球变暖很快就会重新加速,而这次带来的报复会更加猛烈。2014年1月,美国宇航局科学家指出,根据预测,2014年夏天可能会出现“厄尔尼诺现象”,2014年因此可能成为很炎热的一年。

全球变暖,天咋还这么冷?

2013~2014年冬季,全球一些地方让人感到异乎寻常的冷。既然科学家坚信全球一直都在变暖,又怎么会出现大降温呢?科学家最近对此解释说,所谓的大降温其实并未超过底线,不管有没有人为原因的气候变暖,地球气候变化也一样会有降温升温幅度较大的模式,这取决于地球上起作用的自然可变力量。地面气温每年都会变化:20世纪90年代初,菲律宾皮纳图博火山爆发,把大量硫酸盐喷进大气层中,其反射阳光的作用连续多年抵消了大部分人为变暖效应;1998年,厄尔尼诺现象合并人为效应,让地球人感觉到了多年未见的酷热。科学家指出,全球变暖并非意味着每年气候都比上年热,也不意味着下雪的日子会消失,但它的确意味着全球降温趋势不再,每个10年都比上一个10年的全球平均气温高。如果不有效控制温室气体的排放,全球变暖的趋势就会持续下去。

全球变暖减速了多少?

现在,地球表面的平均温度比1951年升高了超过0.5℃。在此期间,全球变暖的步伐快慢差别很大:变暖加速是在20世纪80年代,在20世纪90年代加速最快,达到每10年0.28℃,但在21世纪(至今),全球变暖的加速降至每10年0.09℃,不如之前那么快了。如果以最热的1998年为起点,变暖减速看来更明显——从1998年到2012年,每10年全球变暖才0.04℃。照此速度计算,到2100年,地球表面温度将只会比1950年升高1℃,比“危险值”——2℃低得多。

以上这些估计值是英国汉德利中心基于全球地表温度记录推测的。然而,这一纪录并未包括地球上变暖速度最快的地区——北极,因为在那里进行的观测太少。根据美国宇航局基于距离北极最近的气象站所做观测记录而进行的推测,从1998年到2012年,北极每10年升温0.07℃。根据2013年11月公布的一项资料,基于人造卫星观测数据而进行的推定是,从1998年到2012年,北极每10年的升温幅度是0.12℃。如果后一项推测是正确的,那么变暖减缓的程度就很轻微,只是从20世纪90年代的每10年0.18℃降到了21世纪的每10年0.16℃。照此计算,到2100年的升温幅度将超过2℃的危险线。

当然,根据人造卫星探测数据所得的推测值也不可能作为定论。人造卫星是在距离地面很远的轨道中测量温度的,由此推测地面温度难度很大。但不管实际情况究竟怎样,科学家都有足够理由相信,全球变暖不仅会继续,而且肯定会在下一个100年中加速变暖。

为南极量“体温”

怀疑全球气候变暖的人的手中还握有另一个“证据”—— 2007年,联合国政府间气候变化专门委员会在一份报告中下结论说:南极洲是唯一未探察到人类所致温度变化的大陆。那么,南极真的能对全球变暖免疫吗?在过去6年中,科学家已经找到了一些聪明的办法来测量南极洲的温度,从而拼凑出它的复杂气候历史

南极洲是一个极端之地:它是地球上最干燥、最多风和最寒冷的地方。覆盖南极洲的冰原平均厚度达2000米,覆盖面积近1400万平方千米。南极洲又是如此遥远和如此与世隔绝。所以,直到2007年甚至更近,科学家都一直以为南极洲未受全球变暖影响。

这一年,联合国政府间气候变化专门委员会在其《第四份分析报告》中下结论:南极洲是唯一未探察到人类所致温度变化的大陆。这份报告还说,与北极不同的是,南极冰并未经历惊人的广泛融化。一些数据甚至暗示,南极大陆正在温和地降温。怀疑全球气候变暖的人立即抓住这份报告作为证据。然而,事实是,科学家当时对南极洲过去气候的了解并不多。长期性的地面温度记录几乎不存在,科学家手头有的记录只能回溯到20世纪40到50年代。采集这方面数据的大多数长期性研究站都位于海岸周边,只有少数点缀于广大的南极洲内部,这样采集到的数据显然有失合理。

然而,过去6年来,科学家已经找到了一些聪明的办法来测量南极洲的温度,从而拼凑出它的复杂气候历史。这方面的工作告诉我们,不管是自然还是人为导致,南极洲的气候改变都清楚地表明:南极大陆并非像我们一度认为的那样孤立,事实上,南极洲的一些地方是地球上变暖最快的地方。这些变暖趋势如果持续下去,南极洲会发生什么对于世界其余部分将有着十分重要的意义。南极冰原储藏着地球上大约70%的淡水,如果它全部融化并且排入海洋,那么全球海面将上升超过60米,足以淹没纽约市、伦敦、哥本哈根、曼谷、佛罗里达的全部、荷兰的大部分、孟加拉国以及其他许多的海岸和岛屿地区。幸运的是,科学家并未预测近期就会出现大面积的冰原消失。

着眼于未来,我们需要知道到底有多少冰会融化以及海平面上升的速度有多快。而要想对这些问题做出相对准确的估计,南极洲是最大的未知数。

南极洲和北极之间的地理差异,有助于解释为什么容易在北极观察到气候改变的迹象。北极天然比南极洲温暖,例如格陵兰就位于比南极洲低的纬度,所以格陵兰融冰所需的暖化程度也要低一些。因此,上升的北极温度已经引起惊人的变化。2012年夏季,格陵兰97%的冰原都经历了某种程度的表面融化。

另一个不同在于,南极洲是被海洋包围的一大片陆地,而北极是被陆地包围的海洋。北极融冰的大部分是海冰,或者说冰冻的海水。当海冰融化时,海面不会发生变化,因为冰原本就在海里,其融化不会改变海洋的体积。然而,消失的海冰却一定会造成更多的变暖。随着白色的冰变薄而显露出下面暗色的海洋,北极会吸收更多的太阳辐射,从而导致更严重的暖化,最终造成更多的冰融化。

北极研究起来也相对简单。与前往南极洲相比,前往北极易如反掌。另外,北极有人居住,难怪科学家对北极气候的观测历史长得多,其中包括从居住于此地数千年的当地人那里得到的信息。相对于北极科学研究而言,南极洲科研至少落后10年。不过,致力于研究南极洲的科学家已开始迎头赶上。

面积几乎是澳大利亚两倍的南极洲被分成三个地区:东部、西部和南极半岛。南极洲东部面积占整个南极大陆的2/3,它还与印度洋和大西洋接壤。由于海拔高于南极洲的其余部分,这片区域就像是一座巨型平顶山。科学家迄今为止还未在这里发现明显的变暖。南极洲东部的陡峭海岸线阻挡了来自北方的暖空气,而环绕南极大陆吹的西风看来也在阻止暖气渗透进南极洲东部。

被南极洲横贯山脉与南极洲东部分隔开的南极洲西部紧靠太平洋,该地区大部分位于海平面以下。在南极洲观测到的变暖就发生在这里以及多山的南极半岛。

南极半岛是南极洲的最北部分,从南极洲西部伸出,就像一条尾巴指向南美洲。南极半岛是有关变暖可能已到达南极洲的最早线索的发现地。在2002年的35天里,面积比美国罗德岛州还大的一块浮冰从海岸脱离,碎裂成无数冰山。人造卫星跟踪拍摄的图像表明,拉森B冰架的这次断裂是30年来南极洲最大的冰塌。科学家认为这次冰塌的原因是表面冰的融化,冰塌导致一大块冰原或冰川漂到了海上。表面冰的融化所形成的一滩滩水很可能穿透了冰中的裂缝,激发了更多冰融,水的重量激化了冰架断裂。

来自南极半岛其他地方的数据支持了科学家们的结论。自20世纪50年代以来,南极半岛一些地方的平均温度上升几乎达3℃。可是,许多科学家仍然坚持认为这片地区是一个例外(的确,从地图上看,人们很容易认为南极洲东部和西部是连成一体的,而南极半岛则孤身在外)。

2009年,有科学家报告说,自1957年以来,南极洲总体每10年升温大约0.12℃。自20世纪80年代以来,人造卫星一直在凝视南极,遥测整个南极洲的温度。但是,科学家缺乏之前的卫星遥测数据,于是,这些科学家找到了一种方法来弥补长期观测记录的匮乏。他们通过比较卫星遥测数据和由数十个气象站采集的同时期地面测量数据,开发了一个数学模型,然后运用这个模型,以及来自20世纪50年代以来的地面观测数据,推断出同时期人造卫星观测数据。结果令人惊讶:南极洲西部和南极半岛一起在变暖——自20世纪50年代晚期以来,每10年的升温幅度达0.17℃。运用其他方法进行的研究也支持这个结果,尽管不同方法得出的升温水平有所差别。

最近,又有科学家利用彼尔德气象站在过去50年里用不同方法采集的温度数据进行计算,结果得出:南极洲西部升温幅度几乎是上述结果的三倍。彼尔德气象站位于南极冰原顶部附近一个平坦的暴露区域,这里的天气能够代表南极洲西部一大片区域的天气。科学家最终估算出:从1958年到2010年,南极洲西部每10年的升温幅度达0.47℃。这意味着,不管是南极洲西部还是南极半岛,都是地球上变暖最快的地方(同一时期,全球每10年的平均升温幅度才只有0.13℃)。

南极洲西部变暖在夏季影响最大,因为如果变暖持续,夏季气温有可能升至结冰点以上,届时南极洲西部将加速融化,从而对冰原带来威胁。

由于只有五六十年的数据,科学家还无法确定目前的温度变化趋势究竟是人类活动的结果还是自然气候模式的结果。为了澄清这种局面,极地科学家已经找到办法来回溯从前——寻找锁闭在南极洲冰中的线索。随着一层又一层的雪随着时间而压缩变成冰,冰原不断生长。冰层的化学成分以及锁闭在冰层中的气泡,记录着它们形成时期的气候信息。因此,科学家的办法是:从冰原中钻取长长的冰柱(也称冰芯),分析成千上万年来温度的变化情况。

2008年,科学家从南极半岛西北端之外的詹姆斯·罗斯岛钻出了一根冰芯。这根364米长的冰柱记录着从50000年前开始的气候历史。科学家在2012年9月报告说,从这根冰芯可以看出,在9200年前~2500年前的一个很长的时期内,南极洲的温度和今天一样高。然而,升温速度从20世纪起开始增加。在过去100年中,南极半岛的平均温度飙升近1.6℃;在过去50年中,这一速度上升到每100年2.6℃。这些都是南极半岛已知最快的升温幅度。如果继续以这种步伐变暖,温度将超过结束于2500年前的上一个最暖化期。

在一项相关研究中,科学家考虑了变暖的影响。通过分析融冰层(融化后又重新冻结的冰层)在夏季的融化趋势,科学家发现南极半岛现在的融化速度之快是至少过去1000年都无以伦比的。在温度上升的同时,过去50年来的融冰速度加速尤其快。科学家还在南极洲西部提取了冰芯。与在南极半岛上一样,现在的南极洲西部温度与过去2000多年来相比也异常高。不过,正如在詹姆斯·罗斯岛提取的冰芯所反映的情况一样,目前的温度尚未超过自然变化范围的上限。

一些科学家指出,南极洲温度还未超过自然变动范围上限这个事实意味着,要想断言这些改变是不是由人类活动驱动的,还为时尚早。另一些科学家则不这么看。他们指出,由于全球温度同时被推升至甚至超过了自然变动范围,因此南极洲也不可能幸免于人类活动所带来的气候变化影响。但是,这并非意味着人类活动是强迫塑造南极洲气候的唯一或者最大的动因。真正重要的问题是:人类活动究竟造成了什么影响?与其他因素相比,人类这个推手的力量到底有多大?目前,科学家正在快马加鞭地研究这些疑问。

在过去几年中,科学家已经辨识了南极洲变暖的多个动因。其中,最惊人的影响因子是热带。通过统计分析和气候模拟,科学家把南极洲西部的升温与太平洋中部热带地区相对于附近海洋区域的异常暖化联系了起来。当海面受热,暖空气上升,上空的大气活动就增加。这种大气的改变会严重影响循环模式,导致更多热量被运输至南极洲西部附近的南太平洋。这意味着南极洲西部的命运取决于热带太平洋怎样应对全球变暖。不幸的是,海洋气候的未来与南极洲的未来同样模糊不清。随着全球温度继续攀升,太平洋中部热带可能会、也可能不会保持相对于其他热带地区的变暖,这种不确定性意味着全球性改变的不确定性。不过,科学家倾向于认为南极洲西部变暖的趋势未来仍将持续。

如果上述预测无误,那么南极半岛部分地区也将继续暖化。南极半岛西侧面朝太平洋,那里的冬季、秋季和春季的温度看来也由热带太平洋的变化所主宰。然而,南极半岛东面的夏季升温可能是另一个“猛兽”。强劲的西风看来会把暖空气推至南极半岛东面。随着暖空气下沉,它会加热地面,这一过程很可能正是导致拉森B冰架灾难性坍塌的原因。

科学家已经确定,夏季的强劲西风现象与人类活动有关。南极洲上空臭氧层的季节性消耗,以及在较小程度上温室气体的流入,都降低了南极上空相对于中纬度地区的大气压,而这加大了西风的风力,让它们迁移到更远的南方直到南极。随着全球对破坏臭氧层的含氯氟烃排放的限制,科学家期望臭氧层将在21世纪得到恢复。这种恢复可能弱化风力,阻止南极半岛的暖化,但前提是温室气体的增加能弥补臭氧洞的消失。这两个因素到底谁最后会占上风,决定着南极洲的未来。

这种不确定性也延伸到了南极洲东部,西风在那里有着截然不同的影响。这里的西风充当着屏障来阻挡暖空气。但在过去10年内,科学家发现南极洲东部温度与环绕南极大陆的风之间有一种意料之外的关系。在2000年以前,当南极洲东部上空大气压相对于中纬度较低、西风被加强时,温度保持较低。而在21世纪头一个10年中的大多数时间,尽管西风强劲,南极洲东部夏秋季节却在升温。科学家怀疑是某种类型的自然气候动因在导致这种逆转。对未来的更好的预测,将依赖于查明这种动因的来源以及它怎样与人类活动互动以影响该地区的温度。

极地科学家担忧,如果变暖趋势在南极洲西部和南极半岛持续下去,南极大陆很可能会有更多的冰像拉森B冰架一样分裂。环绕南极大陆的冰架像大坝一样保持着南极洲冰原的位置,一旦它们破裂,来自南极大陆内部的冰川就可能涌入海洋,抬高海平面。

冰架顶部的融化还不是唯一令人担心的问题。据估计,在过去几十年内,南极洲周围海洋的暖化速度是全球平均数的两倍。因此,科学家担忧更暖的海水会从下面融化冰架。科学家在2013年6月报告说,这种现象的确正在发生:从2003年到2008年,南极洲冰架损失中超过一半是由海洋变暖造成的。其中最多的融化发生于南极洲西部和南极半岛,但南极洲东部也有发生。

科学家还担忧气候改变会干扰海洋存储二氧化碳的能力。南极洲周围的海洋浸透着全球海洋中由人类活动带来的碳中的大约40%,其中大部分被运输到深海,并能在那里保持静止几百年。2013年初,科学家记录到环绕南极大陆的强风造成南部海洋一些地区的深层水上升到海面的速度加快,这引起了科学家对被隔绝的碳获得释放的担忧。科学家的另一个担忧是,强风会破坏南极洲的洋流,这些洋流会把热量循环至世界其余部分。

虽然科学家尚未能提供南极洲气候预测的细节,但科学家们的这些工作的确揭示了这块遥远大陆并非像我们曾经以为的那样与世隔绝,而是和世界每个角落都息息相关。

作者:       刘声远     刘安立

来源:《大自然探索》 

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